Copter Wiki 페이지에는 멀티콥터 제작 혹은 조립에 관한 유용한 정보들이 많습니다.
그중에서 제가 제일 도움을 많이 받았던 문서는 멀티콥터 제작방법(Build your own Multicopter) 입니다. 멀티콥터를 어떻게 조립할 수 있는지에 대한 얼개를 알려준 글입니다.
이번 글은 고급 멀티콥터 설계(Advanced Multicopter Design) 입니다. 멀티콥터를 제작 혹은 조립하고자할 때 가장 중요한 프레임 선정, 동력계 선정 등을 다루는 글입니다. 글이 상당히 길어서 네 부분으로 나누어 번역합니다. 이 글은 그중 첫번째 글입니다.
고급 멀티콥터 설계(1) - 인기있는 멀티콥터 프레임 유형
인기있는 멀티콥터 프레임 레이아웃
- 트라이콥터(Tricopter)는 3개의 모터/프로펠러 추진체를 사용하며, 서보(servo)를 사용하여 회전을 상쇄시킨다.
- 트라이콥터는 브러시리스 모터 및 프로펠러의 등장 초기, 그다지 흔하지 않았던 시기에 많이 사용되었다.
- 하지만, 성능은 그다지 뛰어나지 않으며, 큰 크기로 확장하기 힘들다.
- 하지만, 현재에도 소형 취미용에는 많이 사용되고 있다.
- 기본적으로 구식이므로, 이 글에서는 자세하게 다루지 않는다.
- 4개의 모터/프로펠러를 장착한 쿼드콥터가 가장 대중적이며, 크기도 다양하다.
- 쿼드콥터는 설계가 아주 간단하며, 재론이 필요없이 여러가지 면에서 가장 널리 사용되는 형태이다.
- 쿼드콥터는 대칭이며, 가장 간단한 방법으로 3차원 이동 및 회전을 제어할 수 있다.
- 간단히 모터의 속도만 바꾸면 3차원 이동 및 회전, 정지 기능을 구현할 수 있다.
- 상대적으로 비용이 적게 들고, 대량 생산공정 기술과도 잘 맞는다.
- 여러가지 크기와 형태가 있어, 단순한 비행 뿐만 아니라 유용한 임무도 수행할 수 있다.
- 중요한 단점으로는 모터가 하나만 고장이 나도 기체가 추락한다는 것이다.
- 아주 다양한 재료과 기법을 이용하여 유용한 쿼드콥터를 생산할 수 있다.
- 대중적인 쿼드콥터 형태는 다음과 같다.
- X 형 : 앞뒤로 2개씩의 프로펠러가 있고, 그 가운데 X 형태의 프레임이 있는 형태
- + 형 : 위의 X형과 동일하지만, 전후방 및 좌우에 프로펠러가 배치되어 있는 형태
- "Dead Cat" 형 : X 형의 변형으로서, 앞-앞 및 뒤-뒤의 프레임 간격이 옆쪽 앞뒤의 프레임 간격보다 넓은 형태
- "Dead Cat"이란 이름은 자신의 죽은 고양이를 쿼드콥터에 장착한, 네덜란드 예술가 Bart Jansen으로부터 유래되었다.
- H 형 : 좌측 및 우측의 모터를 각각 사이드암으로 연결하고, 이를 중심부를 지나는 프레임 암으로 연결하는 형태
- 사각 형 : 모터와 모터 사이를 프레임으로 연결하는 형태(대부분 중간프레임 암이 중심프레임을 고정)
- 원(바퀴) 위에 모터를 배열하는 변형된 형태도 있음.
- 대부분 X 형과 비슷한 방식으로 작동됨. X 형은 카메라 배치가 쉬운 장점이 있음
- X 형을 추천함. 튼튼하고 간단하고, 대칭이라서 추진력의 균형을 잘 맞출 수 있음
- 아래는 벌새 크기의 Estes Proto X 임.
- 잘 만들어졌으며 실용적이며 다재다능한 3DR Iris 쿼드콥터는 GoPro 카메라를 사용하여 사진/비디오 촬영 가능
- 설계가 뛰어나며, 고강도 Zytel 프레임 암 및 충격 흡수 덮개 등의 고품질 부품을 사용하여 장기간 사용을 보장
- 1500불 수준의 SteadyDrone Q4D-X는 28인치 프로펠러를 장착하여, 적재하중 8kg, 및 60분 비행이 가능하다고 한다.
- 전문가용으로는 6개 및 8개의 모터/프로펠러 추진체를 장착한 헥사콥터와 옥토콥터가 널리 사용됨
- 헥사, 옥토, Y6 및 X8은 무거운 중량도 안정적으로 들어올릴 수 있어 사진촬영 및 기타 여러가지 용도에 적합하다.
- 헥사와 옥토콥터는 하나의 모터가 고장나더라도 계속 날릴 수 있는 장점이 있다.
- 하지만 쿼드콥터에 비해 복잡성이 증가하여 오류 가능성이 더 높다.
- 프롭의 크기를 줄이고 속도가 빠른 프롭을 사용할 경우, 동등한 성능의 크기가 큰 프롭을 사용하는 쿼드로터에 비해 부드러운 비행이 가능하다.
- 하지만, 다른 모든 요소가 같다는 가정하에, 어느 정도 비행 효율과 지구력이 떨어진다.
- 헥사 Y6와 옥토 X8는 하나의 암에 모터/프로펠러가 아래위로 달려있는 형태로, 점점 더 널리 사용되고 있다.
- 하나의 축에 push/pull 모터/프롭이 있어, 작은 면적에서 가장 높은 추력을 만들어 낼 수 있지만, 효율성은 희생된다.
- 이들 Y6와 X8 설계는 간단하고 크기에 비해 탑재 용량이 크고 모터 하나가 고장 나도 견뎌낼 수 있다.
- 싱글콥터(Singlecopter)와 동축콥터(Coax copter)는 아주 새로운 형태로, 특별한 응용에 잇점이 있다.
- 하나 또는 두 개의 모터/프로펠러를 원통 형태의 몸체에 넣는 형태라서, 실내에서도 보호되는 경향이 있다.
- 원통형 구조의 특성상 바람에 취약하여, 보상하는데 더 많은 노력이 필요하다.
- 일반적으로 호버링과 위치조정 능력은 좋지만, 속도와 성능 면에서는 다른 멀티콥터에 비해 제한된다.
- 싱글콥터는 특히 체공시간을 늘리기 위하여 가솔린 엔진용으로 개조하기에 좋다.
- 대형 프로펠러 하나로 운영할 수 있어, 전자식에서도 높은 효율성을 실현할 수 있다.
- 싱글콥터는 하나의 모터/프로펠러와 함께, 서보를 사용하여 날개를 조절함으로써, 회전을 통제한다.
- 동축콥터(oaxcopter)는 두 개의 모터/프로펠러를 사용하여 추력과 Yaw 회전을 통제하고, 두개의 날개(서보를 이용)를 사용하여 roll 과 pitch를 조절한다.
- 또한 엄청난 곡예 성능을 내는 가변형 피치 멀티콥터도 있다.
- 가변형 피치 멀티콥터는 아래에 있는 Curtis Youngblood Stingray 500과 같이 재미있는 잠재적 가능성이 있다.
- 프롭을 서버로 제어하여 3축방향 회전을 만들 수 있어, 하나의 모터만으로 구동축/벨트로 모터를 제어하는 방식이 많이 사용된다.
- 하나의 모터를 사용할 경우, 가솔린 엔진도 적용할 수 있어서, 상당한 지구력과 장거리 사용성도 만족시킬 수 있다.
- 이 방식은 성능이 매우 좋고 거꾸로도 날 수 있으며, 기계적으로는 좀더 복잡하지만 견고하게 제작할 수 있다.
- 8개 이상의 모터/프로펠러를 탑재한 콥터는 특별하고 극단적인(정신나간) 응용에 사용될 수 있다.
